基于NX的華中數(shù)控818系統(tǒng)四軸后處理研究?

陸龍福，付天翼

（1.黃岡職業(yè)技術(shù)學院，湖北 黃岡 438002；2.黃岡技師學院，湖北 黃岡 438000）

1 基于NX平臺的后置處理（PostBuilder）研究

NX/PostBuilder一般有兩種方法，一種是根據(jù)NX/CAM系統(tǒng)生成的刀路軌跡產(chǎn)生刀位數(shù)據(jù)源文件（CLS），然后利用CLS進行后置處理的創(chuàng)建；另一種是直接利用NX/PostBuilder進行后置處理的創(chuàng)建。前一種方法只能對當前所生成的刀軌進行后處理，后一種方法由于與CLS無關(guān)，所以適用于所有還未生成CLS文件的操作程序。本文將采用第二種方法對NX/PostBuilder進行研究與創(chuàng)建。

NX/PostBuilder是NX系統(tǒng)自帶的工具，用戶可結(jié)合現(xiàn)有的機床數(shù)控系統(tǒng)，以及機床的類型、特性等，建立相應的事件處理和事件定義文件，即后處理文件。

1.1 NX/Post的結(jié)構(gòu)

NX/Post的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。NX后處理過程為：首先NX Post接收Event Generator提取的NX刀具位置源程序數(shù)據(jù)（事件名稱、變量等）；然后再根據(jù)事件處理器（Event Handler.tcl）文件所規(guī)定的事件進行處理；最后根據(jù)定義文件（Definition File.def）所規(guī)定的機床格式，處理輸出機床數(shù)控系統(tǒng)所識別的NC代碼。

由圖1可知，后置處理器構(gòu)成文件主要與Event Handler.tcl和Definition File.def有關(guān)，通過PostBuilder創(chuàng)建后生成的Event Handler.tcl文件和Definition File.def文件將控制機床系統(tǒng)進行運動，所以NX/PostBuilder的核心內(nèi)容就是對Event Handler.tcl和Definition File.def這兩個文件進行定義和創(chuàng)建。

1.2 NX/PostBuilder創(chuàng)建流程

圖2為NX Post Builder創(chuàng)建流程。首先PostBuilder根據(jù)數(shù)控機床類型、特性（如三軸立式、四軸臥式等）和控制系統(tǒng)等信息數(shù)據(jù)進行相關(guān)事件的處理（如程序頭處理、程序尾處理、G代碼處理、M代碼處理和機床控制軸處理等）；處理后生成的Event Handler.tcl和Definition File.def通過相應的測試驗證NC代碼是否正確（如可通過vericut仿真軟件驗證），如果正確，將直接用于處理生成相關(guān)機床類型識別的NC代碼；否則將再次對PostBuilder.pui文件進行修改校正，直至正確。

圖1 NX/Post的結(jié)構(gòu)示意圖

對于某些特殊的機床數(shù)控系統(tǒng)NX PostBuilder中不包含的功能，只需要單獨對生成的Event Handler.tcl和Definition File.def這兩文件修改符合特殊機床數(shù)控系統(tǒng)的格式，最后再進行相應的測試與驗證即可。

2 華中數(shù)控818系統(tǒng)四軸數(shù)控機床后處理程序運動求解的研究

2.1 運動求解理論推導

圖3為華中數(shù)控818系統(tǒng)四軸坐標系運動分解圖。其 中，坐 標 系OmXmYmZm、OwXwYwZw和OtXtYtZt分別代表與固定軸、工件和刀具固聯(lián)的坐標系。為了實現(xiàn)刀位數(shù)據(jù)和各軸運動數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，需將代表刀位數(shù)據(jù)的OtXtYtZt和工件運動數(shù)據(jù)的OwXwYwZw進行運動轉(zhuǎn)換，可分解為OwXwYwZw相對于OmXmYmZm的轉(zhuǎn)動和OtXtYtZt相對于OmXmYmZm的平動兩個運動。

圖2 NX Post Builder創(chuàng)建流程圖

圖3 華中數(shù)控機床四軸坐標系運動分解圖

起始位置設置如下：Om在OtXtYtZt的刀位點矢量為［000］T、刀軸矢量為［0 0 1］T，Om在OwXwYwZw的位置矢量為rm（mx，my，mz）；機床平動軸起始位置為rs（sx，sy，sz），轉(zhuǎn)動軸起始位置為 φA、φC；工件坐標系刀軸方向和刀位點矢量分別為rh（hx，hy，hz）和ru（ux，uy，uz）。則由坐標系變換可推導出：

其中：T（rm）為位置矢量rm移動矢量變換矩陣；T（rs）為位置矢量rs移動矢量變換矩陣；T（rs－rm）為位置矢量rm至位置矢量rs的移動變換矩陣；RZ（－φC）為第四軸為Y軸時的轉(zhuǎn)動變換矩陣；RX（－φA）為第四軸為X軸時的轉(zhuǎn)動變換矩陣。將T（rm）＝

式（3）和式（4）即為機床的運動學模型。根據(jù)式（3）和式（4）可推導出機床坐標軸運動位移的計算結(jié)果：

由式（5）～式（9）可知，由于kA＝1，－1，因此φA不是唯一值，可以通過回轉(zhuǎn)軸A′行程范圍加以確定其唯一值，由sinφC＝ux/sinφA和cosφC＝uy/sinφA可得φC/φA是唯一對應的。

后置處理可以通過先提取CLS數(shù)據(jù)和ux、uy、uz、hx、hy、hz坐標值，再計算機床的轉(zhuǎn)動角 φA/φC、3個平動軸sx、sy和sz，最后組合成聯(lián)動四軸坐標值輸出。

2.2 機床運動驗證及誤差補償

由于機床受制造、裝配誤差、環(huán)境等各種因素的影響，在機床實際運動中或多或少會存在一定的誤差。

首先進行移動行程距離驗證，設機床刀具從任一點M（xm，ym，zm）移動到另一點N（xn，yn，zn），由式（7）、式（8）、式（9）計算機床移動距離，對驗證理想狀態(tài)下的機床移動距離與實際機床移動進行比較；然后再設機床刀具從任一點M（xm，ym，zm）移動到另一點N（xn，yn，zn）時，A軸正轉(zhuǎn)A°1，反轉(zhuǎn)－A°2，由式（5）、式（6）計算機床轉(zhuǎn)動角度，對驗證理想狀態(tài)下的機床轉(zhuǎn)動角度與實際機床轉(zhuǎn)動角度進行比較；最后將理想狀態(tài)下機床運動與實際機床運動存在的誤差求差值，并以此補償機床實際運動的誤差造成的影響，通過誤差補償，更有效地提高了機床的運動精度。

3 小結(jié)

本文主要介紹基于NX/PostBuilder四軸聯(lián)動數(shù)控機床后處理文件的研究與創(chuàng)建，通過對NX/PostBuilder后處理文件的構(gòu)成要素、創(chuàng)建流程以及創(chuàng)建方法等展開研究。為了更好地將刀具位置源文件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機床各坐標軸的運動數(shù)據(jù)，以典型華中數(shù)控軸聯(lián)動機床為例進行機床各軸坐標運動求解。

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